CN113861652A - 一种pc/pbt合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种pc/pbt合金材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PC/PBT合金材料，按重量份数计，包括组分：PC树脂40~76份；PBT树脂23~40份；苯乙烯‑丙烯腈‑甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物0.65~3份；酯交换抑制剂0.1‑0.4份。本发明通过添加一定量的苯乙烯‑丙烯腈‑甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物和酯交换抑制剂，优化PC/PBT合金的相态结构，使其在高PBT含量范围内能够形成并保持双连续相结构，制得的PC/PBT合金材料超声波焊接强度高，同时具有优异的耐溶剂性能，特别是对防晒霜、护肤品等化妆品具有很好的耐受性，进一步拓宽了PC/PBT合金材料的应用，特别是在可穿戴设备领域的应用。

Description

一种PC/PBT合金材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种PC/PBT合金材料及其制备方法和应用。
背景技术
塑料超声波焊接是一种快速简便的塑料焊接方式，其原理是超声焊头将高频振动通过焊件传导到焊接面，在界面声阻的作用下在，聚集于预先设计的导能筋部位，借由诱发分子链摩擦产生高热和局部熔融，实现焊接。随着塑料及复合材料大量应用于工业生产和日常生活中以及电子工业的飞速发展和新型大功率换能器的出现，塑料超声波焊接以其简单高效、结合强度高、无需耗材、易于自动化、适合于大批生产等优势得到了极为广泛的应用并成为最常用的塑料焊接方法。
聚碳酸酯（PC）是具有突出综合性能的工程塑料，但缺点为耐溶剂性差，使其在可穿戴设备领域的应用受到一定限制，可穿戴设备在使用时经常会与皮肤上的防晒霜、护肤品等化妆品接触，若材料耐溶剂性能差，容易影响产品外观和使用性能。现有技术中，将聚碳酸酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）共混形成PC/PBT合金材料，可以有效改善材料的耐溶剂性能。PC/PBT合金材料耐溶剂性能的提升得益于PBT在材料中形成互穿网络，其要求PBT结晶需达到一定比例；但是，PBT晶体颗粒会使超声波在传导中发生明显的能量耗散，使得超声波能量传递至所需焊接面非常困难，焊接部位难以熔融，且焊接面熔合差，导致PC/PBT材料的超声波焊接效果差；另一方面，在PC/PBT合金中，由于PC与PBT的熔体粘度相差大，一般的，PBT趋于在较低含量下即形成连续相，并使PC迅速转变为分散相，形成以PC为分散相的海岛结构，这种相态结构的PC/PBT合金材料更加难以进行超声波焊接。
因此，在需要提高PBT含量来确保材料良好耐溶剂性时，显然会极大影响材料的超声波焊接性能，二者之间的矛盾使得PC/PBT合金材料的耐溶剂性能和超声波可焊接性能难以同时实现。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种PC/PBT合金材料，其耐溶剂性能优异，同时具有良好的超声波可焊接性。
本发明的另一目的在于提供上述PC/PBT合金材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种PC/PBT合金材料，按重量份数计，包括以下组分：
PC树脂 40~76份；
PBT树脂 23~40份；
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物 0.65~3份；
酯交换抑制剂 0.1-0.4份。
本发明要求的配方制备得到的PC/PBT合金材料，其合金相态结构为双连续相结构。PC为连续相时能够实现良好的超声波焊接，PBT为连续相时能够显著改善耐溶剂性能，从而使得本发明的PC/PBT合金材料能够实现兼具优异的超声波可焊接性和耐溶剂性。
本发明经研究发现，在PC/PBT合金材料中添加一定量的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物，能够高效降低两相界面张力，有利于在本发明的高PBT含量范围内形成并保持双连续相结构；但添加量过高反而会引起体系酸性增加，PBT容易发生断链降解；优选的，所述的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物为1.5~2.5份。
优选的，所述苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物中的甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为6~15%，更优选的，所述苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物中的甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为8~12%。
所述的PC树脂优选在300℃、1.2kg下的熔融指数为10~30g/10min；更优选为在300℃、1.2kg下的熔融指数为15~22g/10min。
所述的PBT树脂优选在260℃、5kg下的熔融指数为15~55g/10min，更优选为在260℃、5kg下的熔融指数为25~45g/10min。熔融指数过高的PBT树脂的结晶能力强，会影响材料的超声波可焊接性，导致焊接强度差。
本发明所述PC树脂与PBT树脂的重量比为1:1~3:1；优选的，所述PC树脂与PBT树脂的重量比为1.5:1~2.5:1；更优选的，所述PC树脂与PBT树脂的重量比为2:1~2.2:1。
所述的酯交换抑制剂选自磷酸二氢钠、焦磷酸二氢二钠、磷酸一氢锌或磷酸二氢锌中的任意一种或几种；本发明选用活性适中的酯交换抑制剂，适当的酯交换反应，生成少量嵌段共聚物，能够增加两相相容性，有利于双连续相结构的形成。优选的，所述的酯交换抑制剂选自磷酸二氢钠。
根据材料性能需求，本发明的PC/PBT合金材料，按重量份数计，还包括0~1份助剂；所述助剂选自抗氧剂或润滑剂中的任意一种或几种；所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中的任意一种或几种；所述的润滑剂选自硅酮类润滑剂或季戊四醇硬脂酸酯类润滑剂中的任意一种或几种。
本发明还提供了上述PC/PBT合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1. 按照配比称量各组分，并将各组分进行预烘干处理，烘干温度为60~100℃，烘干时间为4h~6h；
S2. 将预烘干处理的各组分经过高混机混合均匀；再加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为220℃~240℃，螺杆转速为350~450rpm，其中并设置至少1个抽真空，抽真空位于输料段的末端、熔融段的前端或计量段部分；将挤出模头的熔融长条通过水槽冷却口，引入到切粒机中进行均化切粒，干燥，得到PC/PBT合金材料。
本发明还提供了上述PC/PBT合金材料在可穿戴设备领域的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明经研究发现，在PC/PBT合金材料中添加一定量的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物和酯交换抑制剂，能够在高PBT含量范围内形成并保持双连续相结构，显著提高材料的耐溶剂性能，同时很好的改善材料的超声波可焊接性能。本发明通过优化PC/PBT合金的相态结构，制得的PC/PBT合金材料兼具高超声波焊接强度和优异的耐溶剂性能（对防晒霜、护肤品等化妆品具有很好的耐受性），进一步拓宽了PC/PBT合金材料的应用，特别是在可穿戴设备领域的应用。
附图说明
图1为本发明实施例1合金相态结构的扫描电镜图（双连续相结构）；
图2为本发明对比例1合金相态结构的扫描电镜图（海岛结构）。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
对本发明实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：
PC树脂1：在300℃、1.2kg下的熔融指数为30g/10min，日本出光公司；
PC树脂2：在300℃、1.2kg下的熔融指数为20g/10min，山东万华公司；
PBT树脂1：在260℃、5kg下的熔融指数为55g/10min，江苏仪征化纤公司；
PBT树脂2：在260℃、5kg下的熔融指数为40g/10min，台湾长春公司；
PBT树脂3：在260℃、5kg下的熔融指数为25g/10min，台湾长春公司；
PBT树脂4：在260℃、5kg下的熔融指数为65g/10min，江苏仪征化纤公司；
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物1：甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为15%，苏州佳易容公司；
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物2：甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为10%，苏州佳易容公司；
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物3：甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为2%，苏州佳易容公司；
乙烯-辛稀-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物：甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为15%，美国杜邦公司；
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物：甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为15%，法国阿科玛公司；
马来酸酐接枝聚乙烯：马来酸酐含量为2.5%，日本三井公司；
甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯共聚物：具有核壳结构，甲基丙烯酸甲酯含量12%，丁二烯含量70%，日本钟渊公司；
酯交换抑制剂1：焦磷酸二氢二钠，山东国化公司；
酯交换抑制剂2：磷酸二氢钠，江苏富润化工公司；
酯交换抑制剂3：亚磷酸三苯酯，张家港雅瑞化工公司；
抗氧剂1：SONOX 168，山东三丰公司；
抗氧剂2：SONOX 1010，山东三丰公司；
润滑剂：LOXIOL P 861/3.5，德国科宁公司。
实施例和对比例的制备方法：
S1. 按照表1配比称量各组分，并将各组分进行预烘干处理，烘干温度为80℃，烘干时间为4h；
S2. 将预烘干处理的各组分经过高混机混合均匀；再加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为220℃~240℃，螺杆转速为400rpm，在输料段末端、熔融段前段分别设置1个抽真空；将挤出模头的熔融长条通过水槽冷却口，引入到切粒机中进行均化切粒，干燥，得到PC/PBT合金材料。
相关性能测试方法：
（1）耐溶剂测试：1.5%应变夹持样条，取约3g重量的市售PLAYTEX公司BANANA BOAT防晒霜，均匀涂抹在样条表面。72h后样条无裂纹，则为4级；48-72h内样条出现裂纹，则为3级；24-48h内样条出现裂纹，则为2级；24h内出现裂纹，则为1级。以3级为合格，4级为最佳。
（2）超声焊接结合力：将两个样片交叠放置并进行超声波焊接，交叠区域尺寸为12.5mm ◊40mm，并在样条中部平行于短边方向设置有1条高度为0.8mm，底部宽度0.5mm的等腰三角形导能筋，测试将其拉断所需要的力。以结合力大于100N为合格，以结合力大于160N为最佳。
（3）SEM观察：采用扫描电子显微镜观察实施例和对比例制得的PC/PBT合金材料的相态结构。
表1：实施例1~14各组分配比（按重量份数计）及相关性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
PC树脂1 66 66 66 66 66
PC树脂2 66 66
PBT树脂1 32 32 32 32
PBT树脂2 32
PBT树脂3 32
PBT树脂4 32
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物1 2 2 2 2 2
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物2 2
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物3 2
酯交换抑制剂1 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12
酯交换抑制剂2
抗氧剂1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
抗氧剂2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
润滑剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
相态结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构
耐溶剂测试 4级 4级 4级 4级 3级 4级 3级
焊接结合力/N 177 196 183 203 102 223 115
接表1：
实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
PC树脂1 66 66 60 73 57 66
PC树脂2 69.5
PBT树脂1 32 32 38 25 32
PBT树脂2 28
PBT树脂3 40
PBT树脂4
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物1 1 2 2 2 1.5 3 2
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物2
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物3
酯交换抑制剂1 0.12 0.12 0.12 0.1 0.2 0.12
酯交换抑制剂2 0.12
抗氧剂1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 /
抗氧剂2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 /
润滑剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 /
相态结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构 双连续相结构
耐溶剂测试 4级 3级 4级 3级 3级 4级 4级
焊接结合力/N 159 207 172 161 169 146 178
表2：对比例1~8各组分配比（按重量份数计）及相关性能测试结果
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例7 对比例8
PC树脂1 66 66 66 66 66 66 66 66
PBT树脂1 32 32 32 32 32 32 32 32
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物1 5 / 2 2
乙烯-辛稀-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物 2
乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物 2
马来酸酐接枝聚乙烯 2
甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯共聚物 2
酯交换抑制剂1 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 /
酯交换抑制剂3 0.12
抗氧剂1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
抗氧剂2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
润滑剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
相态结构 海岛结构 海岛结构 海岛结构 海岛结构 海岛结构 海岛结构 海岛结构 海岛结构
耐溶剂测试 1级 3级 2级 2级 2级 3级 2级 1级
焊接结合力/N 112 53 103 75 128 76 101 87
由上述实施例和对比例可看出，本发明通过添加一定量的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物和酯交换抑制剂，优化PC/PBT合金的相态结构，使其在高PBT含量范围内能够形成并保持双连续相结构，制得的PC/PBT合金材料兼具高超声波焊接强度和优异的耐溶剂性能（对防晒霜、护肤品等化妆品具有很好的耐受性）。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种PC/PBT合金材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
PC树脂 40~76份；
PBT树脂 23~40份；
苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物 0.65~3份；
酯交换抑制剂 0.1-0.4份。
2.根据权利要求1所述的PC/PBT合金材料，其特征在于，其合金相态结构为双连续相结构。
3.根据权利要求1所述的PC/PBT合金材料，其特征在于，所述的PC树脂在300℃、1.2kg下的熔融指数为10~30g/10min；优选的，所述的PC树脂在300℃、1.2kg下的熔融指数为15~22g/10min；所述的PBT树脂在260℃、5kg下的熔融指数为15~55g/10min；优选的，所述的PBT树脂在260℃、5kg下的熔融指数为25~45g/10min。
4.根据权利要求1所述的PC/PBT合金材料，其特征在于，所述的苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物为1.5~2.5份。
5.根据权利要求1所述的PC/PBT合金材料，其特征在于，所述PC树脂与PBT树脂的重量比为1:1~3:1；优选的，所述PC树脂与PBT树脂的重量比为1.5:1~2.5:1；更优选的，所述PC树脂与PBT树脂的重量比为2:1~2.2:1。
6.根据权利要求1所述的PC/PBT合金材料，其特征在于，所述苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物中的甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为6~15%；优选的，所述苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元嵌段共聚物中的甲基丙烯酸缩水甘油酯含量为8~12%。
7.根据权利要求1所述的PC/PBT合金材料，其特征在于，所述的酯交换抑制剂选自磷酸二氢钠、焦磷酸二氢二钠、磷酸一氢锌或磷酸二氢锌中的任意一种或几种；优选的，所述的酯交换抑制剂选自磷酸二氢钠。
8.根据权利要求1所述的PC/PBT合金材料，其特征在于，还包括0~1份助剂；所述助剂包括抗氧剂或润滑剂中的任意一种或几种。
9.根据权利要求1~8任一项所述的PC/PBT合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 按照配比称量各组分，并将各组分进行预烘干处理，烘干温度为60~100℃，烘干时间为4h~6h；
S2. 将预烘干处理的各组分经过高混机混合均匀；再加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的温控设置温度为220℃~240℃，螺杆转速为350~450rpm；将挤出模头的熔融长条通过水槽冷却口，引入到切粒机中进行均化切粒，干燥，得到PC/PBT合金材料。
10.根据权利要求1~8任一项所述的PC/PBT合金材料在可穿戴设备领域的应用。
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